銅冶金機械設備設計改造裝配技術及使用周期研究

冷大鵬

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

由于銅金屬成本占據(jù)整個冶金企業(yè)生產(chǎn)成本的65%之多，必須堅持環(huán)境治理與經(jīng)濟效益并重的創(chuàng)新實踐和做法。因此，提高銅金屬質量、降低銅金屬生產(chǎn)成本將是冶金企業(yè)的必經(jīng)之路，達到上述目標的重要措施之一就是延長銅冶金機械設備的使用壽命[1]。

由于銅冶金機械設備自身大型化和復雜化的特點，銅冶金機械設備一次大修的耗費極為驚人，銅冶金機械設備的長壽問題成為冶金行業(yè)未來發(fā)展方向越來越關注的焦點。銅金屬材料被腐蝕的程度直接影響銅冶金機械設備的性能，很可能由于一個微小的零部件出現(xiàn)問題導致整個銅冶金機械設備停止運行，甚至會對冶金單位的正常工作造成一定的影響，帶來經(jīng)濟損失。為了幫助國內(nèi)冶金企業(yè)有效延長銅冶金機械設備使用壽命提高我國冶金企業(yè)競爭力，有理由對銅冶金機械設備的熔體噴濺問題給予足夠的重視。因此，本文通過對銅冶金機械設備設計改造裝配技術及使用周期的研究，希望可以通過設計改造裝配技術，為提高銅冶金機械設備使用壽命提供理論支持。

1 銅冶金機械設備設計改造裝配技術

本文針對銅冶金機械設備進行設計改造裝配，熔煉爐與電熱前床的裝配一直是銅冶金機械設備的難點。由于熔煉爐是銅冶金流程中最復雜的一個環(huán)節(jié)，長時間處于一個高溫、高壓狀態(tài)下，爐內(nèi)氣、固、液三相并存、充斥著各種物理變化及化學反應的冶金爐。必須通過助力機械臂將反應產(chǎn)物經(jīng)虹吸道連續(xù)地放入電熱前床中，實現(xiàn)熔煉爐與電熱前床的無縫裝配，從而在保證機械零部件裝配質量的同時，降低機械零部件裝配強度。

裝配技術改造時的銅冶金機械設備熔煉爐以及電熱前床平面布置示意圖，如圖1所示。

通過圖1可知，依據(jù)機械裝配工藝關鍵技術實施特點，可在熔煉爐爐缸設立4個鐵口、30個風口，熔煉爐爐缸爐底采用優(yōu)質碳磚加上陶瓷杯結構的綜合爐底，爐腰、爐腹和爐身下部設4段銅冷卻壁。爐底、爐缸和爐體1段至15段冷卻壁采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，配備4座頂燃式熱風爐，串罐爐頂，煤氣采用自動取樣。與此同時，在裝配時可以結合適當類型的潤滑用品，在保證連續(xù)均勻進料、出料能夠順暢的在電熱前床中放出的同時，有效減少熔體噴濺，降低由于崩滑料、管道和懸料坐料等異常爐況的出現(xiàn)，從而為待裝配器件性能優(yōu)化提供有效的依據(jù)[2]。隨著科技的不斷進步，可結合三維可視化設計軟件，對銅冶金機械設備零部件裝配技術的實際應用情況進行仿真模擬分析，并根據(jù)得出的數(shù)據(jù)對銅冶金機械設備關鍵零部件的加工裝配效果進行綜合判斷。再通過在電熱前床為熔煉反應物設立沉降分離區(qū)，將熔融態(tài)銅毓和爐渣根據(jù)密度的不同而在熔池內(nèi)進行分層。具體分層方法為：銅毓層處于熔體下部；渣層在銅毓層的上部。為了更好地降低渣含銅量，電熱前床的面積可以適當擴大，從根本上減少沉降所需時間。同時，結合機械設備零部件在切削作業(yè)中切削液的充足配置，可以避免由于機械設備零部件在切削作業(yè)時熱量散失導致的加工誤差。通過銅冶金機械設備設計改造裝配技術，完善銅冶金機械設備整體裝配結構，減少由于裝配誤差高導致的熔體噴濺，從而取得良好的銅冶金經(jīng)濟效益。

2 銅冶金機械設備設計改造使用周期

綜合上文對銅冶金機械設備設計改造裝配技術的優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)熔煉爐與電熱前床裝配的結構形式是機械設備延長使用周期主要環(huán)節(jié)之一。通過助力機械臂對熔煉爐與電熱前床進行無縫裝配不但具有完整度高、整體性好、接縫能力強以及使用周期長的特點，而且不粘渣鐵，不易侵蝕[3]。使用助力機械臂進行熔煉爐與電熱前床的無縫裝配具有很強操作性以及強實用性，傳統(tǒng)熔煉爐與電熱前床裝配結構普遍存在分割化、使用周期過短、結構形式不合理等問題，已經(jīng)無法滿足當今新經(jīng)濟形態(tài)下對銅冶金生產(chǎn)的需要。熔煉爐與電熱前床的無縫裝配是針對銅冶金機械設備裝配結構形式的優(yōu)化，也是銅冶金機械設備發(fā)展的必然選擇。將完成改造后的銅冶金機械設備與傳統(tǒng)的銅冶金機械設備在實際投入銅冶金工作中對比，改造后的銅冶金機械設備使用周期可達到傳統(tǒng)銅冶金機械設備的3倍之高。綜上所述，有必要加大機械臂在銅冶金機械設備改造裝配設計中的使用。

考慮到銅冶金機械設備中電熱前床風口的使用周期也是決定銅冶金機械設備使用周期的重要指標之一，電熱前床風口最大的優(yōu)勢在于能夠根據(jù)更換風口的需要進行熔煉爐休風。在熔煉爐爐缸運行過程中可以積累的大量冶煉過程數(shù)據(jù)和爐內(nèi)圖像信息相對應和結合，通過影響熔煉爐的作業(yè)時間，影響熔煉爐爐缸使用周期的長短，從而直接影響銅冶金機械設備設計改造使用周期。經(jīng)過統(tǒng)計，建議修復電熱前床風口的使用周期為半年。熔煉爐爐缸綜合爐底結構在線修復風口的數(shù)量必須控制在一半之內(nèi)。

3 結語

目前，銅冶金行業(yè)正在面臨著環(huán)保壓力不斷增大的新形勢，作為銅冶金生產(chǎn)重要環(huán)節(jié)的熔煉爐爐缸擔負的任務越來越重。本文通過對銅冶金機械設備設計改造裝配技術及使用周期研究，把熔煉爐以及電熱前床運行過程中積累的大量冶煉過程數(shù)據(jù)和爐內(nèi)圖像信息相對應和結合，致力于提高銅冶金機械設備使用周期。因此，本文研究是具有實際意義的。若能給其他有關銅冶金企業(yè)帶來一些借鑒和啟示，將是非常有意義的。但本文唯一不足之處在于，沒有對銅冶金機械設備內(nèi)多相流動數(shù)值進行模擬與優(yōu)化，相信這一點可以作為銅冶金機械設備方面日后研究的方向之一。